s’explique

Le microscope à
effet tunnel
12 | juin 2006 Les défis du cea - 115
Visualiser la surface d’un matériau à l’échelle de l’atome, voire déplacer
certains d’entre eux? C’est possible grâce au microscope à effet tunnel.
LE FONCTIONNEMENT DU MICROSCOPE
La pointe du microscope est solidaire d’un
système de déplacement constitué de cylindres
de céramique dont la taille est commandée
par une tension (effet piézo-électrique).
Une tension d’environ 1 V est appliquée
entre la surface à étudier et la pointe.
LE PRINCIPE | Le microscope à effet tunnel permet de cartographier atome par atome
la surface d’un matériau conducteur, ou semi-conducteur, au moyen d’un faible courant
électrique établi entre sa pointe ultrafine et la surface à étudier. Une tension électrique
plus forte lui permet de déplacer un atome.
Électrons du courant tunnel
Tension
Surface
à étudier
Pointe
de métal
anode (+)
Tension
électrique
Électrons
tunnel
2
3
1
1 2
tout s’explique
À une hauteur de l’ordre du nanomètre,
la pointe capture les électrons de la surface
qui transitent grâce à l’effet tunnel.
Plus la distance est faible, plus le courant
est fort. Les céramiques piézo-électriques
maintiennent ce courant à une intensité
constante (1 nano-ampère).

L’EFFET TUNNEL
Pour qu’un ballon
franchisse le sommet d’une
colline, il faut l’envoyer avec
suffisamment d’énergie.
Faute de quoi, il retombera
toujours du même côté.
Un électron, même avec
une énergie insuffisante,
franchira la colline en…
passant à travers, comme
s’il empruntait un tunnel!
C’est un phénomène
de physique quantique
nommé « effet tunnel »,
qui concerne toute particule.
115 - Les défis du cea juin 2006 | 13
AU CEA
Les laboratoires de recherche sur les matériaux, en particulier dans les domaines
de la microélectronique et des nanotechnologies, utilisent couramment des
microscopes à effet tunnel pour contrôler la surface de leurs créations. Lorsque
cette surface n’est pas conductrice, les chercheurs utilisent le microscope à force
atomique dont la pointe « gratte » ou « tapote » les molécules.
© INFOGRAPHIE: IDÉ. TEXTE: F. GBALOU
Surface à étudier
Déplacement
de la pointe
Mouvement
de la pointe
4
3
4
La trajectoire de
la pointe reproduit
le relief de la surface.
Un logiciel capable
de juxtaposer ces
trajectoires permet
de visualiser le
relief du matériau,
atome par atome.